《瀝青路面隨機疲勞累積損傷機理研究》是依託華南理工大學，由張肖寧擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：瀝青路面隨機疲勞累積損傷機理研究
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：張肖寧
- 依託單位：華南理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
疲勞破壞是瀝青路面結構基礎理論與設計的本源性問題。世界各國設計規範主要依據經驗方法決定瀝青路面結構的組合與結構層厚度。近二十年來，以美國ASSHTO瀝青路面設計指南（2004）為代表，先後發展了一些力學-經驗方法進行瀝青路面結構設計。但傳統小樣本疲勞試驗和確定性疲勞累積損傷模型難以滿足瀝青路面的結構設計要求，更無法深入研究瀝青路面結構在疲勞載荷作用下的可靠度問題。本課題擬針對瀝青混合料及其路面結構特點，研究建立瀝青路面隨機疲勞累積損傷判定準則，預測隨機載荷時間歷程下瀝青路面疲勞壽命的機率分布，對隨機載荷歷程作用下的疲勞壽命進行可靠性預測，為路面疲勞設計及可靠度分析提供基礎研究支撐。本項目研究不僅具有重要的基礎研究意義，同時對於提高我國高等級瀝青路面建設技術水平、延長公路設施服務期限，維護公路資產安全等也具有重要的套用價值。
結題摘要
疲勞破壞是瀝青路面結構基礎理論與設計的本源性問題。本項目研究以瀝青路面疲勞損傷開裂為研究對象，從疲勞開裂的隨機性和損傷機理層面進行了多個方面的研究，主要完成了如下的研究工作：1、瀝青混合料疲勞試驗方法篩選及大樣本疲勞試件與試驗結果的隨機性評價；2、基於數字散斑技術的疲勞裂紋擴展路徑的隨機性研究；3、基於細觀尺度的CT與數值分析方法的疲勞損傷機理研究；4、瀝青混合料疲勞失效機理與失效判據的研究；5、基於隨機荷載狀態下的瀝青混合料的累積損傷規律研究；6、基於實驗室-現場路面之間多隨機性的瀝青路面結構疲勞分析方法研究。基於上述研究，獲得了如下的主要成果： （1）通過相同試驗條件下的大樣本重複性四點彎曲小梁疲勞試驗測試與結果的隨機性分析，驗證了瀝青混合料試件內部結構組成的非均勻性和隨機性差異與相同條件下瀝青混合料疲勞壽命巨大差異間的相關性。 （2）套用數字散斑技術對瀝青混凝土疲勞斷裂過程區的試驗觀察及疲勞裂紋擴展規律與起裂應變的分析，發現疲勞開裂多發生於粗集料與瀝青砂漿界面過渡區，該區域的強度對瀝青混凝土的總體強度和耐久性有重要影響，並驗證了疲勞裂縫的發展遵循能量較小原則。 （3）通過對瀝青混合料三相細觀結構的有限元數值分析與模擬，驗證了瀝青混合料的疲勞是由眾多微裂紋擴展成一條或幾條主裂縫到最終開裂破裂的一個過程；單一測試試件載入方向的變化將獲得完全不同的開裂路徑和疲勞壽命。 （4）採用統計斷裂力學中的最弱鏈環模型，對瀝青混凝土斷裂破壞過程進行了機率分析，推導了瀝青混凝土在某一應力作用下的斷裂機率函式，並提出了疲勞失效判據具備的基本條件。 （5）建立了基於可變步長的耗散能相對變化率突變點作為瀝青混合料疲勞失效判據，以耗散能相對變化率經過穩定階段後的突變點，即材料損傷程度急劇增大時作為瀝青混合料的疲勞失效判據。 （6）在多級荷載作用下，瀝青混合料疲勞性能呈非線性的演變規律；瀝青混合料在低-高載入模式的多級荷載下存在“鍛鍊效應”，而在低-高-低載入模式的多級荷載作用下則會出現“遲滯效應”。 （7）綜合726組四點彎曲疲勞有效試驗數據，建立了瀝青混合料疲勞開裂預估模型，利用國內外實際發生疲勞開裂的試驗觀測路面結構參數與交通軸載譜數據對模型進行了標定與驗證。結合預估模型建立了基於損傷非線性累積的瀝青層疲勞破壞評價體系。
